소개글
"항공기 피토관"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 이론 및 목적
1.1. 점성 및 뉴턴 점성법칙
1.2. 압축성 유체와 비압축성 유체
1.3. 뉴턴유체와 비뉴턴 유체
1.4. 연속방정식
1.5. 베르누이 방정식
1.6. 피토관
1.7. 벤츄리 효과
2. 실험 방법
2.1. 실험 전 준비
2.2. 1번째 실험 순서
2.3. 2번째 실험 순서
3. 실험 결과
4. 결과 분석 및 고찰
5. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 이론 및 목적
1.1. 점성 및 뉴턴 점성법칙
점성은 유체의 흐름에 대한 저항을 뜻하는 물질의 특성이다. 이는 유체 내부에 나타나는 마찰력으로, 운동하고 있는 유체에 작용하는 접선 변형력을 발생시킨다. 뉴턴의 점성법칙은 '전단 응력은 속도 기울기에 비례하고 이 속도 기울기를 작게 하는 방향으로 전단 응력이 작용한다'는 것을 의미한다. 즉, 유체의 각 점에서 점성에 의한 전단 응력은 속도 기울기(전단 속도)에 비례하며, 이 속도 기울기를 감소시키는 방향으로 작용한다. 이때 전단 응력과 전단 속도의 비율이 점성이다.
이상적인 점성유체는 무한의 변형력이 작용해도 연속적인 변형이 일어나게 된다. 뉴턴의 점성법칙 또한 전단속도가 크지 않다는 전제 하에 성립하게 된다. 이 법칙은 유체의 1차원 유동에서 전단 응력과 각 변형 속도 사이의 관계를 미분형으로 표현할 수 있다.
점성은 마찰과 마찬가지로 물체의 운동 에너지를 열 에너지로 변환시킨다. 정지한 유체에는 면에 평행한 접선 변형력이 작용하지 않고 압력만 작용하지만, 운동하는 유체에는 점성으로 인해 접선 변형력도 작용하게 된다.
1.2. 압축성 유체와 비압축성 유체
유체는 압축성 유체와 비압축성 유체로 분류할 수 있다. 압축성 유체는 압력 변화에 대해 발생하는 밀도와 비중량, 체적 같은 변수의 변화를 무시할 수 없는 유체이다. 쉽게 말해 압력이 작용하면 체적이 변화하는 유체이다. 기체가 압축성 유체의 대표적인 예이며, 반대로 비압축성 유체는 압력이 작용해도 유체의 체적변화가 없는 물질이다. 즉, 비압축성 유체는 압력 변화에 대해 발생하는 밀도와 비중량, 체적 등의 변화를 무시할 수 있는 유체를 말한다. 다만 밀도의 변화는 없다고 가정한다.
압축성 유체는 압력이나 온도의 변화에 따라 밀도 변화가 발생하기 때문에 이를 고려해야 한다. 반면 비압축성 유체는 압력이나 온도의 변화에도 밀도가 거의 일정하게 유지되므로 밀도 변화를 무시할 수 있다. 따라서 비압축성 유체에 대한 해석이 더 간단하고 직관적이다.
일반적으로 액체는 비압축성 유체로 간주되지만, 극단적인 압력 하에서는 체적이 변화할 수 있다. 반면 기체는 압축성 유체로 볼 수 있다. 하지만 유체의 압축성 여부는 상대적인 개념이며, 유체의 압축성이 크고 작음은 상황에 따라 달라질 수 있다.
압축성 유체와 비압축성 유체를 구분하는 것은 유체역학 문제에서 중요한 의미를 가진다. 비압축성 유체 문제는 압축성 유체 문제에 비해 상대적으로 간단하므로, 유체역학 이론 및 수치 해석 방법을 보다 쉽게 적용할 수 있다. 그러나 초음속 비행기나 로켓 추진과 같은 고속 유동 문제에서는 압축성 효과를 고려해야 한다.
1.3. 뉴턴유체와 비뉴턴 유체
뉴턴유체와 비뉴턴 유체는 유체의 점성 특성에 따라 분류할 수 있다. 뉴턴유체는 뉴턴의 점성법칙을 따르는 유체로, 점성이 유체의 성질과 유동에 무관하게 일정하게 유지되는 것이 가장 큰 특징이다. 즉, 점성이 온도와 압력의 함수로만 표현되며 유동의 변화에 따라 바뀌지 않는다. 따라서 뉴턴유체는 유체가 흐르면서 받는 전단응력이 전단속도에 비례하는 선형관계를 가진다. 대표적인 예로 물, 기름, 공기 등이 있다.
반면 비뉴턴유체는 뉴턴의 점성법칙을 따르지 않는 유체를 말한다. 비뉴턴유체는 스스로 흐르려는 성질이 없고 힘을 받으면 흐르게 되는데, 이때 유체 내부에 존재하는 힘이 유동을 방해하는 역할을 한다. 따라서 비뉴턴유체의 점성은 전단속도에 따라 변화하며, 유체의 성질...
참고 자료
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자동차 용어사전, 자동차용어사전편찬회, 2012. 5. 25. (압력계수)
http://www.bsaeronautics.com/wp-content/uploads/2015/05/8.jpg
http://www.sciencebuddies.org/science-fair-projects/wind-tunnel-toc.shtml
http://navier.stanford.edu/bradshaw/tunnel/tunnelconfig.html
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